[C2OHmim][Lys]吸收CO2的反應(yīng)機理及動力學(xué)研究.pdf

1、溫室效應(yīng)是目前最嚴(yán)峻的環(huán)境問題之一。作為最主要人為排放的溫室氣體，CO2的減排和控制已迫在眉睫。我國火電廠排放的CO2占總排放量的35％以上，開發(fā)一種用于捕集火電廠煙氣中CO2的高效吸收劑是目前的重要任務(wù)。離子液體由于其蒸汽壓低、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)可調(diào)等特性，具有優(yōu)良的工業(yè)應(yīng)用前景。本文合成了一種高吸收容量、高吸收速率的親水性氨基酸功能化離子液體1-羥乙基-3-甲基咪唑賴氨酸([C2OHmim][Lys])，考察了[C2OHmim]

2、[Lys]及其水溶液的吸收再生性能，[C2OHmim][Lys]及其水溶液與二氧化碳的化學(xué)反應(yīng)機理以及[C2OHmim][Lys]水溶液的傳質(zhì)反應(yīng)動力學(xué)。論文取得了以下研究成果:
　　(1)本文合成的離子液體[C2OHmim][Lys]在無水的情況下對CO2的吸收容量為1.684 mol CO2/mol IL，其1 mol·L-1的水溶液對CO2的吸收容量為1.260 molCO2/mol IL，并且純[C2OHmim][Lys]

3、的再生效率為66.27％，[C2OHmim][Lys]水溶液的首次再生效率高達90.47％，并且在五次的吸收解吸循環(huán)實驗其再生效率穩(wěn)定在了85％以上，因此[C2OHmim][Lys]溶液具有良好的再生性能。
　　(2)利用核磁碳譜和紅外光譜研究了純[C2OHmim][Lys]與CO2的化學(xué)反應(yīng)機理，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)產(chǎn)物為[C2OHmim+COO-----C2OHmim+][1.5CO2-Lys----Lys-1.5CO2]，純[C2OHm

4、im][Lys]對CO2的理論吸收容量為2 mol CO2/mol IL。由于氫鍵作用使吸收產(chǎn)物固化導(dǎo)致純離子液體吸收速率慢，并且反應(yīng)產(chǎn)物有部分不可再生導(dǎo)致再生性能差。
　　(3)利用核磁碳譜研究了[C2OHmim][Lys]水溶液與CO2的化學(xué)反應(yīng)機理，發(fā)現(xiàn)在低CO2負荷下，CO2與賴氨酸陰離子的伯氨基團反應(yīng)生成氨基甲酸鹽，在高CO2負荷下，氨基甲酸鹽開始水解成碳酸氫根。并且我們發(fā)現(xiàn)，賴氨酸陰離子上與羧酸根較近的氨甲基酸鹽參與水

5、解，而另一個氨甲基酸鹽并不參與水解。同時利用密度泛函理論計算氮原子的電負性，發(fā)現(xiàn)不參與水解的氨基甲酸鹽的氮原子電負性較大，符合電負性理論。最終得出[C2OHmim][Lys]溶液對二氧化碳的最大理論吸收容量為1.5 mol CO2/mol IL。
　　(4)在濕壁塔中研究了[C2OHmim][Lys]溶液吸收CO2的傳質(zhì)反應(yīng)動力學(xué)，反應(yīng)對[C2OHmim][Lys]屬于快速擬一級反應(yīng)。液相傳質(zhì)系數(shù)隨CO2負荷的增大而減小。在高CO

6、2負荷下，溫度增大會提高液相傳質(zhì)系數(shù)，但在低CO2負荷下，溫度對液相傳質(zhì)系數(shù)的影響不明顯。[C2OHmim][Lys]溶液吸收CO2的k2與溫度的Arrhenius關(guān)系式:k2=1.177×108×exp（-3416.3/T），其表觀活化能為28.40 kJ·mol-1。在低CO2負荷時，[C2OHmim][Lys]溶液吸收CO2的總傳質(zhì)系數(shù)kov可以根據(jù)吸收溫度和CO2負荷較好的預(yù)測，公式為:kov=1.491×1011×exp（-3